SOLAR OFFICE / Newcastle, U.K ` N / B.1

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1 SOLAR OFFICE / Newcastle, U.K ` N / B.1

2 B.1 GIPV-BEISPIELE in Europa England 2 / B.1

3 SOLAR OFFICE / NEWCASTLE B.1 SOLAR OFFICE DOXFORD PARK B1. NEWCASTLE, U.K ` N Fassadenintegration Projekt Standort Solar Büro / Solar Office, Doxford International Business Park Newcastle (Nähe Sunderland), NO-England, United Kingdom Architekten Studio E Architects, London, UK Architekt David Lloyd Jones Bauherr Akeler Services Ltd. Beratende Ingenieure Rybka Battle Consulting Engineers, (C. Matson), London, UK Tragwerksplanung Keine Angaben Nennleistung PV-Anlage 73 kwp Erzeugte Energie / Jahr kwh/a Ausführungsjahr 03/1998 Gebäudekdaten Fläche BGF Baukosten Gebäudenutzung Neu/Altbau Keine Angaben Keine Angaben Bürogebäude Neubau, Gesamtenergiekonzept Photovoltaik PV-Typologie Anwendungstyp Netz-Anschluß Fassadenitegration / Süd, opake und semitransparente Module Fläche 646 m 2 Zellentechnologie-Typ Hersteller Polykristalline Siliziumzellen in Glas-Glas- Modul-Konstruktion / PROSOL Solarelemente Saint-Gobain Glass Solar (SGGS) Veröffentlichungen The Solar Office, Pearsall Nicole, 2nd World Conference on PV Solar Energy Convervsion, Wien, 07/1998 Präsentationsbroschüre, Saint-Gobain Glass Solar, Aachen www. Akeler.co.uk/doxford/schuele Abbildungen Ansicht B.1 / 3

4 B.1 GIPV-BEISPIELE in Europa England 1. Beschreibung Projektübersicht / Kurzbeschreibung Es handelt sich bei dem vorliegenden Projekt um die Beschreibung der Gestaltung, Installation und Anfangsleistungen des Solar Office (Solar Büros), einem spekulativ gebauten Bürokomplex im Nordosten von England. Die Südfassade des Bürogebäudes schließt ein 73 kwp Photovoltaik-System ein, welches aus einer Reihe von opaken und semitransparenten Modulgestaltungen besteht. Das Photovoltaiksystem trägt ebenso zur Kontrolle der passiven Solargewinne bei, durch die Schatten-Spendung. Das Gebäude wurde im März 1998 fertiggestellt, im Anschluß werden die Grunddaten der PV-Anlage vorgestellt, sowie Leistung des PV-Systems über die ersten 10 Wochen wird nachfolgend erläutert. [Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S. 1] Allgemein Das Solar Büro (Solar Office) im Doxford International Business Park ist ein neues Bürogebäude, das für Akeler Services Ltd. entworfen wurde, und befindet sich in in New, in der Nähe von Sunderland, im Nord-Osten von England. Die Konstruktion es Gebäudes wurde im März 1998 fertiggestellt mit Ausnahme der inneren Ausstattung, welche entsprechend den Anforderungen des Mieters ausgeführt wurde. Die verglaste Südfassade besitzt eine voll integrierte Photovoltaik-Anlage. Das `Solar Büro ist eine kommerzielle Entwicklung und als solche muß sie mit den konventionellen Gebäuden auf dem englischen Eigentumsmarkt konkurrieren. Es ist das erste spekulativ konstruierte Gebäude, das gebäudeintegrierte Photovoltaik einbezieht und ist eines von nur wenigen, das sich eine ganzheitliche Energiestrategie zu eigen macht. Die PV-Installation und das Niedrigenergie-Design wurden durch Zuschüsse von dem Europäischen Regionalentwicklungs-Fond ( European Regional Development Fund ) unterstützt und die Englische Handel und Industrie-Abteilung ( UK Department of Trade and Industry ) hat eine Unterstützung für die Gestaltungsentwicklung, die Testmethoden und Überwachungen der Gebäudeleistungen zur Verfügung gestellt. Die Installation der Fassade und die anfänglichen Leistungsdaten werden im Anschluß kurz zusammengefaßt. [1] [Pearsall, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S. 1] Besonderheiten komplette Fassadenintegration / Neigung 60 Niedrigenergiestandard (85 kwh/m 2 /Jahr, siehe Punkt 2 / Gestalt) Erster kommerzieller, spekulativer Bürogebäudekomplex in UK mit gebäudeintegrierter Photovoltaik (GIPV) (1998) Semitransparente und opake PV-Module, Kombination mit einem Gesamtenergiekonzept PV-System dient ebenso als Verschattungselement in der Fassade und unterstützt die natürliche Belüftung des Gebäudes. 2. Gestalt Design des Solar Office / Solar Büros (Veröffentlichungen) The building was designed to minimise the use of energy while its external fabric was designed to replace a significant amount of the energy that is used. This 4 / B.1

5 SOLAR OFFICE / NEWCASTLE B.1 formula for energy self-sufficiency is one of the key building blocks for future global sustainability. The design addresses environmental and energy conserving issues, including an energy consumption target of 85 kwh/m 2 /year compared to that of a conventional airconditioned office at kwh/m 2 / year. [`Das Gebäude wurde entworfen, um den Energieverbrauch zu minimieren, während seine äußerliche Beschaffenheit entsprechend gestaltet wurde, um einen signifikanten Anteil der benötigten Energie zu ersetzen (bzw. diesen zu produzieren). ] [Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S. 1] Eine 73 kwp Photovoltaikanlage ist in die Gebäudehülle integriert. Von dieser wird erwartet, daß sie kwh elektrischer Energie pro Jahr - unter den englischen Standortbedingungen - zur Verfügung stellt, was zwischen einem Drittel und einem Viertel des erwarteten Gesamtenergieverbrauchs des Gebäudes darstellt. [Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S. 1] Das Design des Gebäudes beschreibt Nicola Pearsall (Univ. Northumbria, PV-Applications Centre, UK) wie folgt: The building is `V shaped in plan with the extreme ends of the `V splayed away each other and a central core located at the apex of the `V [1] [Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S. 1] The building incorporates a 66 metre long south facing, inclined facade at the centre of which is the main entrance. The photovolatic system is integrated into this facade. Behind the facade is located a three storey atrium and there is an interanl `street between the facade an the splayed wings. A photograph of the building, showing the solar facade, is provided in Figure B.1.1 [1] [Das Gebäude besitzt eine V-Form. Das Gebäude beinhaltet eine 66 Meter lange Südorientierte, geneigte Fassade, in deren Mitte sich der Haupteingang befindet. Das Photovoltaik-System ist in die Fassade integriert. Hinter der Fassade befindet sich ein dreistöckiges Atrium und es existiert eine innenliegende `Straße zwischen der Fassade und den seitlichen Flügeln. Ein Foto des Gebäudes, das die Südfassade zeigt, ist in Abbildung B.1.1 zu sehen.] [Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S. 2] `Das Hauptanliegen des ökologischen Designs war es, eine Symbiose zwischen den Niedrigenergiemaßnahmen ( low energy measures ) und denjenigen, die für die Photovoltaikinstallation benötigt werden, zu finden. In einigen Schlüsselbereichen verläuft die Optimierung der Photovoltaik Stromerzeugung entgegen denjenigen für die Niedrigenergiegestaltung. Zum Beispiel benötigt die Photovoltaikfassade soviel wie möglich auf sie einfallendes Sonnenlicht und führt deshalb das Risiko mit sich, daß innenliegenden Räume überhitzt werden. Pearsall erwähnt hierzu weiterhin: Other isssues include compensation for the lack of thermal capacity in the facade materials and their relatively poor insulating properties and the curtain wall construction, which inhibits the introduction of carfully graded, glare free daylight into building. [2] [Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S. 2] Man hat versucht ein Gleichgewicht in diesen Bereichen herzustellen, Pearsall beschreibt dies wie folgt: Where possible, the apparent conflicts have been reconciled to be mutually reinforcing and, elsewhere, a balance has been sturck between the respective requirements. Design details which address the areas of B.1 / 5

6 B.1 GIPV-BEISPIELE in Europa England conflict include the ventilation of the facade to prevent overheating, the introduction of additional thermal mass and the reduction of heat losses through the facade. [2] [Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S. 2] Das Photovoltaiksystem beinhaltet polykristalline Silizium-Solarzellen in einer Glas/Glas-Modulkonstruktion. Bänder von klarem Glas wurden in die Fassade eingefügt, um Ausblicke zu ermöglichen und um gute Innenraum Lichtverhältnisse zu gewährleisten. Das Risiko der Blendung wird durch die Einführung von Modulen mit einer reduzierten Anzahl von Zellen direkt über die Glaspaneele vermindert und durch die Möglichkeit der Einführung von lokal kontrollierten Roll-Blenden. In addition, the heat accumulation behind the array is used in a positive manner to assist with the natural ventilation of the building via stack effekt. [Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S. 2] Abb. B.1.2 Das Doxford Solar Office Abbildung der geneigten Fassade. Der Hauteingang befindet sich in der Mitte und die Fassade beinhaltet drei Bänder aus normalem Glas. Auf dem Dach befinden sich sog. "Windbaffles" (siehe Gesamtkonzept). [Paper, Pearsall, Doxford, S. 1 / Fig. 2] Aussagen zum Gesamtkonzept The reconciliation of energy generation and energy conservation has been paralleled by reconciling the building with the site, especially the key issues of layout, orientation and climate. The building had to be disposed such that it maximised solar radiation, whilst avoiding overshadowing from adjacent structures or from its own massing and detailing. It also needed to avoid any risk of the solar façade dazzling drivers travelling north on the nearby trunk road and to mitigate disturbance from traffic noise. A south alignment of the façade and an inclination of 60 o was used to maximise solar radiation, while the inclined and sealed façade overcame, respectively, the potential problems of dazzle and traffic noise. Office windows were placed on the north, north east and north west to avoid the need for control of solar gains from low morning and evening sunshine. The placement of the car park at the front of the building ensured that the solar façade would not be overshadowed and that a sense of anticipation would be felt by revealing the façade only after encircling the building. 6 / B.1

7 SOLAR OFFICE / NEWCASTLE B.1 The building is located on an exposed site close to the North Sea and the wind has been used to assist the natural cooling of the building. A wind trough surmounted with baffles running the length of the façade ensures that negative pressure is introduced immediately outside the upper vents regardless of the wind direction and this reduced pressure encourages air flow out of the vents. This, in turn, encourages air to be drawn in through the windows on the opposite side of the building, keeping the interior cool in the summer. This system complements the stack effect caused by the heating of air immediately abutting the inside face of the façade. [2] [Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S. 2] 3. Fakten / Projektdaten NEWCASTLE Breitengrad N Meereshöhe keine Angaben Globalstrahlung/a 913 [kwh/m 2 a] (Jahresmittel)* Sonnenstunden keine Angaben [h/a] Topographie: Ebenes Gelände, Nähe zum Meer, Wind dient der natürlichen Kühlung des Gebäudes / keine weiteren äußeren Einflüsse Verschattung: Fassadenintegration (60 -Neigung der Fassade) keine Verschattung durch Bäume oder Nachbargebäude Ausrichtung O-W-Ausrichtung des Gebäudes Photovoltaik ist süd-orientiert Energiekonzept Gesamtenergiekonzept besteht für das Gebäude * [Summe der jährlichen Globalstrahlung auf die horizontale Fläche (in kwh/m 2 a)] nach dem "Meteonorm"-Programm (2002; Version 4.0)]. Für das Gebäude wurde ein Gesamtenergiekonzept entwickelt und die verschiedenen Parameter wurden aufeinander abgestimmt, siehe Gesamtkonzept. 4. Zelle / Photovoltaik-Beschreibung Das Photovoltaik-System Das System benutzt polykristalline Siliziumzellen in einer Glas/Glas Einkapsulierung. Das System wurde von Schüco International entworfen und hergestellt, das ebenso das Mess-System zur Verfügung stellte. Neun unterschiedliche Modulgestaltungen, im Hinblick auf die Größe, Form und Zellen-Dichte wurden verwendet, wie in Tabelle B.1.1 dargestellt ist. Diese wurden in der Art gestaltet, daß sie die Anforderungen der physikalischen Integration und der Verschattungsebenen für unterschiedliche Positionen an der Fassade gewachsen sind. Alle Module sind rechteckig, ausgenommen G und H, welche eine trapezförmige Form besitzen, um um die Eingangsebene herum eingepaßt zu werden. [3] B.1 / 7

8 B.1 GIPV-BEISPIELE in Europa England Module Größe Leistung Anzahl im Referenz (m 2 ) (Wp) System A B C D E F F* G H Tabelle B.1.1 Modul-Parameter und Mengen in der Doxford PV-Anlage. [Pearsall, Doxford, Solar Office, Juli 1998, Conf. Wien, S. 3] Die Gesamtfläche der Anlage beträgt 646 m 2 mit einer nominalen Leistung von 73,1 kwp. Sie ist in vier Unteranlagen aufgeteilt, zwei auf jeder Seite des Einganges und mit geringfügig unterschiedlichen Orientierungen. Die beiden westlichen Unter-Anlagen sind um 5 Grad abweichend von Süd nach Westen orientiert, während die beiden östlichen Anlagen in dem selben Winkel von Süd nach Osten orientiert sind. Dies fördert den visuellen Aspekt der Fassade, jedoch in der Praxis, resultiert dies nur in einem sehr kleinen Unterschied des Ertrages (Outputs) zwischen den unterschiedlichen Seiten der Anlage. [Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S. 3] [ The total array area is 646m 2 with a nominal rating of 73.1 kwp. It is split into four subarrays, two on each side of the entrance and with slightly different orientations. The two west subarrays are oriented 5 degrees off south towards the west, whilst the two east subarrays are the same angle off south towards the east. This enhances the visual aspect of the façade, but, in practice, results in only a very small difference in output between the different sides of the array. (Pearsall, 1998)] [3] [Persall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S. 3] Erscheinungsbild Gesamtintegration in die geneigte (60 ) Süd-Fassade, Unterbrechung von Normalglas-Bändern Verwendung von opaken und semitransparenten Modulen (polykristalline Siliziumzellen, Glas-Glas-Einkapsulierung) 9 unterschiedliche Größen-Designs der Module (alle rechtwinkelig / nur über Eingangsbereich trapezförmige Module) Fassadeneinteilung in zwei geringfügig von Süden abweichenden Ausrichtungen (s.u.), somit sehr charakteristisches Erscheinungsbild der Gesamtfassade (siehe Abbildung B.1.1). Aufgrund des vorgelagerten Parkplatzes vor die Fassade - keine Verschattungen der Photovoltaik Orientierung der PV Süd-Orientierung / Schrägstellung der Fassade zur Steigerung des Photovoltaik-Ertrages 8 / B.1

9 SOLAR OFFICE / NEWCASTLE B.1 Ausrichtung +5 von Süd abweichend in Richtung Westen und -5 von Süd abweichend in Richtung Osten (mit geringfügigen Änderungen im Output der Systeme) Monitoring [Überwachung] Zusätzlich zur Überwachung des PV-Systems werden ebenso Messungen des Energieverbrauchs und des Innenraumkomforts gemacht. Diese beinhalten Prüfungen der Lufttemperatur im Bürobereich, Atrium und (innenliegender) Straße, Luftfeuchtigkeitsniveaus im Bürobereich, elektrische Lasten, Gasverbrauch, Windgeschwindigkeit und Windrichtung. Die Aktivierung der automatisierten Solarfassaden-Belüftungsöffnungen und die oberen Oberlichtöffnungen werden ebenso aufgezeichnet. Pearsall faßt die 1998 gemachten Überwachungsstudien wie folgt zusammen: This will allow the whole performance of the building to be assessed and the success of the design reconciliation to be determined. However, since the building is not yet occupied these data do not yet reflect normal usage and will not be covered... [3] (Pearsall, 1998, Wien). [`Dies erlaubt die Bewertung der Gesamtleistung des Gebäudes und den Erfolg des Gestaltungsausgleichs zu bestimmen. Da jedoch das Gebäude noch nicht beszogen wurde, spiegeln diese Daten nicht den Normalgebrauch wieder und werden somit hier nicht abgedeckt. (Stand 1998)] [Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S. 3] Das PV-System wurde im März 1998 in Betrieb genommen und die komplette Überwachung der Leistungsdaten begann etwas später in dem selben Monat. Die Daten werden als 10-Minuten-Durchschnittswerte aufgezeichnet, ausgenommen im Falle der Energie-Zahlenwerte, wobei kumulative Summen in 10-Minuten-Intervallen aufgezeichnet werden. Alle Gebäudeparameter werden ebenso als 10-Minuten-Durchschnittswerte oder kumulative Summen aufgezeichnet, wo es angebracht ist, ausgenommen der Raumtemperaturen, die stündliche Durchschnitte sind und die Fenster und Abluftablesungen, deren Werte»1«für geschlossen und»0«für offen ergeben. Sämtliche Informationen können an einem Touch-Screen-Programm im EG des Atriums, sowie aus dem Internet abgelesen werden. [Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S. 3-4] Anfangs-Leistungen Als Beispiele für die anfänglichen Leistungen werden Daten aus der Konferenz 1998 in Wien angeführt, um den Systemstart und die entsprechenden Leistungen zu demonstrieren. Die System-Leistungen Ende Mai 1998 sind in Tabelle B.1.2 dargestellt. Der Gesamtertrag seit März war 11,548 kwh bei einer durchschnittlichen Systemeffizienz von 7,5% (Stand: Mai 1998). Diese Effizienz wurde berechnet unter Gebrauch der gesamten PV-Modul-Fläche und berücksichtigt nicht die Variationen in der Zellendichte über die Fassade. Für ein System mit der selben Leistung, das Module mit der höchsten Dichte benutzt, würde dies einer System-Effizienz von 7,8% entsprechen. Dies ist nur eine kleine Korrektur, da fast 70% der Module in dem System die volle Dichte besitzen (A und C Module mit einer Umwandlungs- Effizienz von circa 11,5%. [4] B.1 / 9

10 B.1 GIPV-BEISPIELE in Europa England [Pearsall, Doxford, Solar Office, Juli 1998, Conf. Wien, S. 4] Zusammenfassung der Projekt-Ergebnisse Als Zusammenfassung des vorgestellten Projektes `Solar Office in Doxford International Park, Newcastle, England, und der Ergebnisse der Anfangsmessungen und Überwachungsdaten der installierten System äußert sich Nicola Pearsall wie folgt (Stand 1998): The construction of the Solar Office at the Doxford International Business Park was completed in March 1998 and operational data are being collected to allow analysis of both the PV system performance and the interaction with the other low energy features of the building. Initial data show that the PV system is operating in accordance with expectation. The Solar Office represents the coming of age of building integrated photovoltaics. The building s ultimate success will be judged by the manner in which it meets the demands of the commercial market place. Previous building integrated projects have to a large extent been `demonstration in purpose; future projects will increasingly incorporate photovoltaics on the basis of their proven value in contributing to environmentally sound energy strategies for buildings. In addition to providing a healthy, stimulating and energy efficient workplace, the Solar Office offers the occupier well serviced, versatile and spacious accommodation at exceptionally good value. [5] [Pearsall, Doxford, Solar Office, Juli 1998, Conf. Wien, S. 5] PHOTOVOLTAIK-BASISDATEN Basisdaten Fassade (Süd-Orientierung) PV-Typ / polykristalline Siliziumzellen PROSOL Solarelemente, (opake und semitransparente Module) Hersteller Saint Gobain Glass Solar, Aachen Neigung der Module 60 Ausrichtung der Module +5 / -5 (*) Abschattung nein Wirkungsgrad (optimal) keine Angaben Wirkungsgrad (praktisch) keine Angaben PV-Fläche (F) / Fassade 646 m 2 PV-Fassaden-Standarmodul Neun verschiedene Größen, Farbe der Solarzellen blau (siehe Liste Modulparameter) Leistung / Modul Wpeak (siehe Übersicht) Gesamtleistung 73,1 kwpeak Jahresenergie-Ertrag kwh/a Effizienz F (Fläche) / Leistung kwp 8,84 % Spezifischer Jahresertrag [kwh/a] / [kwp] 752,39 kwh / (kwp x a) [Fassade / Süd-Orientierung] (*) Da nach Aussage der verantwortlichen Fachingenieurin, Dr. Pearsall, nur geringfügig unterschiedliche Ergebnisse für die nach Westen bzw. nach Osten 10 / B.1

11 SOLAR OFFICE / NEWCASTLE B.1 abweichende Orientierung der PV-Fassade erzielt werden und diese Daten nicht getrennt im Monitoringsystem aktuell aufgezeichnet wurden, wird hier in der Untersuchung und für die Ergebnisse der vorliegenden Studie ein einheitlicher Wert (der Gesamtleistung, des Jahresenergieertrages und somit für den Spezifischen Jahresertrag) für eine Abweichung von Süd +5 bzw. Süd -5 angesetzt. Alternativ: Ausrichtung Fassaden-/ Dachmodule + 5 / -5 [von Süd abweichend] Mittlere Einstrahlung 913 kwh/m 2 a ** Erzeugte Energie / Jahr kwh/a ** [Summe der jährlichen Globalstrahlung auf die horizontale Fläche (in kwh/m 2 a)] nach dem "Meteonorm"-Programm (2002; Version 4.0)]. 5) Kosten Finanzierung durch: - European Regional Development Fund und - UK Department Trade and Industry Unterstützung für die Gestaltungsentwicklung, Testverfahren und Überwachungngen der Gebäudeleistungen, sowie ein Teil der PV-Installation Ein Original-Zitat zur Finanzierung des Projektes von Pearsall: The building was constructed as part of Phase VI of the Doxford International development by Doxford International PLC, an Akeler Services Ltd. company. The PV installation and some low energy features were partially funded by a grant from the European Regional Development Fund (Objective 2, Programme , 412/201/1) and design studies, monitoring and performance analysis are funded by the UK Department of Trade and Industry through ETSU (contract no. S/P2/00275/ 00/00). [5] [Pearsall, Doxford, Solar Office, Juli 1998, Conf. Wien, S. 5] Gesamtbewertung / Konklusion des Projektes Das erzielte Ergebnis für den Spezifischen Jahresertrag [752 kwh / (kwp x a)] des Projektes Solar Office in Newcastle, U.K., liegt weit über dem Durchschnitt [553 kwh / (kwp x a)] der restlichen Vergleichsprojekte der Studie für Fassadenintegrationen von Photovoltaik. Die Photovoltaik-Orientierung weist lediglich eine geringe Abweichung von der optimalen Südausrichtung auf (Süd +5 bzw. Süd -5 für jeweils ein Fassadenteil) auf, jedoch können beide Fassadenteile als gleichwertig im Hinblick auf die erzielten Jahreserträge aufgefaßt werden. Somit wird in der vorliegenden Studie keine getrennte Einteilung der beiden Teile vorgenommen, sondern vielmehr ein Gesamtergebnis zum Vergleich herangezogen. Der Integrationswinkel der Photovoltaikmodule beträgt 60 (zur Horizontalen), dies stellt im Vergleich zu den 90 -Winkel-Integrationsformen von einigen Vergleichsfassaden bessere Grundbedingungen für die einfallende Sonneneinstrahlung und somit für die erzielbaren Jahresenergie-Erträge (bzw. hier für den Spezifischen Jahresertrag) dar. Jedoch handelt es dich bei der vorliegenden Photovoltaikanlage um kein dem Sonnenstand nachgeführtes und somit bewegliches System - die Anlage B.1 / 11

12 B.1 GIPV-BEISPIELE in Europa England ist starr in die Fassade im 60 -Winkel integriert. Die Ergebnisse der Studie, die über dem Spezifischen Jahresertrag des Solar Offices liegen wurden von PV-Systemen mit 1- bzw. 2-achsiger Nachführung erzielt, jeweils der Expo-Turm in Hameln-Emmerthal (siehe zum Vergleich Graphik B und `Toughness -Kriterien-Diagramme mit Kurzerläuterung, Kapitel 4, sowie zur detaillierten Auswertung Kapitel 5 Konklusion). Bei dem vorliegenden Ergebnis des Spezifischen Jahresertrages handelt es sich um das drittbeste Resultat der gesamten Fassadenstudie [bester Wert: 899 kwh / (kwp x a): Expo-Turm, Hameln, 2-achsige Nachführung der Solarflügel ]. Es wurden blaue, polykristalline Solarzellen gewählt. Die Farbwahl unterstützt somit zum geringen Teil das positive Ergebnis des Spezfischen Jahresertrages. Die Fassade besteht aus opaken und semitransparenten Modulen, jedoch hat diese Tatsache keinen direkten Einfluß auf den Spezifischen Jahresertrag, wie bereits erwähnt wurde. Das Gebäude ist freistehend. Es treten keine erkennbaren Verschattungen der Photovoltaikmodule durch Nachbargebäude bzw. Vegetation auf (lediglich temporäre Teilverschattungen durch mögliche große Fahrzeuge auf dem vor dem Gebäude befindlichen Parkplatz - dies stellt jedoch eine Ausnahme dar und kann somit nicht als konkrete Verschattungssituation in die Studie mit einfließen). Es handelt sich hier um den nördlichsten Projektstandort (Newcastle, England, N], im Vergleich zu den übrigen Projektbeispielen (siehe auch Graphik B, sowie Graphik A/B im Vergleich). Literatur / Doxford International Business Park The Solar Office: A Solar Powered Building With A Comprehensive Energy Strategy., Dr. Pearsall Nicole, `2nd World Conference on PV Solar Energy Conversion, Wien, Österreich, Juli 1998 Präsentationsbroschüre, Titelseite, Saint-Gobain Glass Solar, Aachen www. Akeler.co.uk/doxford/schuele BIBLIOGRAPHIE / SOLAR OFFICE, U.K. [1] Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S. 1 [2] Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S. 2 [3] Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S. 3 [4] Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S.3-4 [5] Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S / B.1

13 SOLAR OFFICE / NEWCASTLE B.1 ABBILDUNGSVERZEICHNIS The Solar Office: A Solar Powered Building With A Comprehensive Energy Strategy., Dr. Pearsall Nicole, `2nd World Conference on PV Solar Energy Conversion, Wien, Österreich, Juli 1998 Präsentationsbroschüre, Titelseite, Saint-Gobain Glass Solar, Aachen Abb. B.1.1 Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park, S. 1 / Fig. 2 TABELLENVERZEICHNIS Tab.B.1.1 Pearsall, Nicola, Dr./ Wien 1998, 2nd World Conf. on PV, Präs., S. 3 [Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S. 3] [Pearsall, Doxford, Solar Office, Juli 1998, Conf. Wien, S. 4] ADRESSEN B.1 DOXFORD Park / Newcastle (near Sunderland / NO-England), UK PV-Spezialieten Dr. Nicola M. Pearsall, Northumbria Photovoltaics Applications Centre School of Engineering, University of Northumbria, Ellison Place, Newcastle upon Tyne, NE1 8 ST, UK Tel: , Fax: Dr. Nicola Pearsall <nicola.pearsall@unn.ac.uk> Architekten Studio E Architekts / Architekt: David Lloyd Jones, Palace Wharf, Reinville Road,London, W6 9 HN, UK Tel: , Fax: , post@studioe.co.uk studioarchtects@btinernet.com Bauherr Akeler Services Ltd. (des Doxford International Business Park), Newcastle www. Akeler.co.uk/doxford/schuele Berat. Ingen.: Rybka Battle Consulting Engineers, Mr. C. Matson, Wells Mews, London, WIP 3FL, UK Saint Gobain Glass Solar (SGGS) Herr Erban Christof, Jülicher Str. 495, D Aachen Tel: 0241 / christof.erban@saint-gobain.com oder: SGGS: Tel: 0241 / Fax: 0241 / B.1 / 13

14 B.1 GIPV-BEISPIELE in Europa England 14 / B.1

15 TOBIAS GRAU / HAMBURG 53 71` N / B.2

16 B.2 GIPV-BEISPIELE in Europa Deutschland 2 / B.2

17 TOBIAS GRAU / HAMBURG B.2 TOBIAS GRAU - Firmengebäude B2. HAMBURG 53 71` N Fassadenintegration. Projekt Standort TOBIAS GRAU, Firmengebäude Bauabschnitt Rellingen bei Hamburg (D), Siemensstraße 35b Architekten BRT Architekten Bothe - Richter - Teherani, Hamburg Bauherr Franziska Grau, für Tobias Grau KG, Hamburg Tragwerksplanung Ingenieurbüro Wetzel und von Seht, Hamburg Haustechnik Ing.-Ges. Ridder, Meyn + Partner mbh, Hamburg Fassade / PV Frener + Reifer, Metallbau GmbH, Brixen, Italien PV-Planung Wennemuth Elektrotechnik PV-Nennleistung 5,04 kwp (1. BA) + 13,005 kwp (2. BA) Erzeugte Energie / Jahr ca kwh/a 1. BA 2. BA Baubeginn April 1997 Juli 2000 Fertigstellung April 1998 Juli 2001 Gebäudedaten Flächen BGF 1. BA 2. BA Gebäudenutzung Neu/Altbau Lager m m 2 + Versand Büro m m 2 Gesamt m m BA m 2 Firmengebäude eines Leuchtenherstellers Neubau Photovoltaik PV-Typologie Netzparallelbetrieb Anwendungstyp Fassadenintegration Hersteller Saint Gobain Glass Solar Fläche (Module) 51 m 2 / 128 m 2 ( BA / dunkelblau) Aktive Zellenfläche 46,8 m 2 / 117 m 2 ( BA) Zellentechnologie-Typ Polykristalline Solarzellen, EFG 100 x 100 mm Hersteller ASE (heute RWE Solar) Modul-Typ Semitransparent Veröffentlichungen Prospekt Staint-Gobain Glass Solar Prospekt Frener + Reifer, Brixen, Italien Bücher Gestalten mit Solarzellen, Susanne Rexroth S. 38 Abbildungen Ansichten B.2 / 3

18 B.2 GIPV-BEISPIELE in Europa Deutschland 1) Beschreibung Das Ziel bestand darin, mit möglichst einfachen Mitteln (z.b. Holzleimbindern) eine anspruchsvolle Architektur zu schaffen. Die Bauaufgabe war der Neubau eines Firmengebäudes für die Firma Tobias Grau (zur Zeit 30 Mitarbeiter). Es sollte ein Fertigteillager mit Endmontage, Anlieferung und Versand, sowie ein Büroteil für die kaufmännische und Entwurfsabteilung geschaffen werden. Die Erstellung des Gebäudekomplexes war in 2 Bauabschnitte aufgeteilt. Aus einem privat ausgeschriebenen Wettbewerb hervorgegangen, stellte die Entwurfsidee von BRT eine vollkommen neue Konzeption von Gebäude dar. [1] (BRT Architekten, Projekt-Beschreibung) 2) Gestalt Allgemein Der 1. BA besteht aus einem langgestreckten, 2-geschossigen, ovalen Baukörper. Mit der Erweiterung ist das erste Gebäude zu dem ursprünglich angedachten Gebäudekomplex vervollständigt worden. Es bildet sich eine verschmolzene `H-Form aus zwei langen Röhren und einem quergestellten Zwischenbau, der, ebenfalls röhrenförmig, 2 Geschosse beinhaltet. Konstruktion Die Konstruktion des Gebäudes wird aus über 20 Meter spannenden Holzleimbindern gebildet, die in einem Abstand von 5 Metern aufgestellt wurden und die Aluminiumaußenhaut (aus Aluminiumbondtafeln) tragen. [ Ein eingestellter Betontisch ergibt eine zweigeschossige Nutzung und dient gleichzeitig als Aussteifung. Dieser ist in `Kreuzkappenform ausgebildet und steht auf filigranen Betonstützen; im Obergeschoß vervollständigen Holzpendelstützen das Tragwerk.] [1] Fassaden Ost- und Westfassaden: Nordfassaden: Sonnenschutzlamellen aus gebogenem und bedrucktem Glas (Spannweite: 2,5 m) Schräge Form (aus Bauvorschriften hervorgegan- gen), werden zum zentralen Bestandteil des `dynamischen Ausdrucks. Südfassaden: Zwei dunkelblaue Solarfassaden (54 qm qm) / Gestaltung / Erscheinungsbild Verbindung ästhetischer und funktionaler Aspekte der Gestaltung zu einer Visitenkarte des Gebäudes und der Firma. [1] (BRT Architekten, Projekt-Beschreibung) Die Leichtigkeit und Transparenz der Architektur setzt sich im Inneren gleichermaßen fort. Obergeschoß / Gliederung: Das Gebäude ist jeweils durch eine Mittelspange gegliedert (bestehend aus: kubischen Atrien, Konferenzräumen, Treppen und Sanitärbereichen); 4 / B.2

19 TOBIAS GRAU / HAMBURG B.2 Ergeschoß Zusätzliche Gliederung des Raumes in Gang und Bürobereiche: durch Pendelstützen aus Eichenholz. Durch Glasfenster in den Atrienböden erhellt Tageslicht das Erdgeschoß. Technik Lichtdurchlässige Gesamtkonstruktion: Schutz vor Überwärmung im Sommer durch außenliegendes Glaslamellensystem (individuell regelbar und die Lamellen werden in Abhängigkeit der Sonneneinstrahlung ausgerichtet) / ohne gesonderte Unterkonstruktion (Länge: 2,5 m) Betonkernkühlung und Fußbodenheizung mit kaltem Wasser: sorgen im Sommer bei außerordentlich hohen Außentemperaturen für ein angenehmes Raumklima. Eigenstromerzeugung durch Blockheizkraftwerk (Solaranlagengewinne werden ebenfalls eingespeist) Photovoltaik-Konstruktion an den Südseiten der zwei Röhren, als Structural-Glazing Fassaden ausgeführt. [2] (BRT Architekten, Projekt-Beschreibung) 3) Fakten / Projektdaten HAMBURG Breitengrad 53 71` N Meereshöhe 51 m ü. NN Globalstrahlung 949 kwh/m 2 a * Sonnenstunden keine Angaben Topographie: Ebene, keine äußeren Einflüsse Verschattung: keine Verschattung durch Bäume oder Nachbargebäude / Ausrichtung N-S-Ausrichtung des Gebäudes Photovoltaik SSW-Ausrichtung Energiekonzept Gesamtenergiekonzept (auch Blockheizkraftwerk vorh.), (siehe Punkt `Technik ) * Globalstrahlung als Mittelwert des Jahressummen von in kwh/m 2 a Einstrahlung auf die horizontale Fläche [Quelle: Photon Spezial, 2002, S.109] 4) Zelle / Photovoltaik-Beschreibung Allgemein Erscheinungsbild: semitransparent - Fassadenintegration Die in einem Raster auf Abstand gesetzten Solarmodule erzielen eine semitransparente Optik und ermöglichen den Einfall von Tageslicht. Orientierung der PV: SSW Aufbau der PV-Module: 6 mm PLANDIDUR-DIAMANT 2 mm Zwischenraum mit ASE EFG 4 Solarzellen 4 mm PLANDIDUR-PLANILUX B.2 / 5

20 B.2 GIPV-BEISPIELE in Europa Deutschland Besonderheit 12 mm Luftzwischenraum 12 mm Laminiertes Glas mit low-e -Beschichtung Structural Glazing, Module sind auf den Rahmen geklebt [2] PHOTOVOLTAIK-BASISDATEN A: 1. BA / B: 2. BA Basisdaten A Fassade (Süd-Orientierung) PV-Typ / Polykristalline Solarzellen, EFG 100 x 100 mm Hersteller / Zellen ASE (heute RWE Solar) Hersteller / Module Staint-Gobain Glass Solar, Aachen Neigung der Module 90 Ausrichtung / PV SSW (Süd -65 ) Abschattung nein Wirkungsgrad / Zellen (optimal) 14 % Wirkungsgrad / Zellen (praktisch) 13 % Abmessungen Standard-Modul 1,97 m x 1,43 m Anzahl der Module 18 Stück Abmessungen / PV-Zelle 100 x 100 mm Zellenanzahl / Modul 204 Stück Abstand Zellen / Module 9 mm / 5 cm (Modulabstand) PV-Modulfläche (F) / Fassade Süd 51 m 2 (1,95 m x 1,40 m x 18) Aktive Zellenfläche (Fass.) 36,8 m 2 (0,1 x 0,1 m x 204 x 18) Farbe der Solarzellen dunkelblau / polykristalline Struktur Nennleistung (1. BA) 5,04 kwpeak Erzeugte Energie / Jahr ca kwh/a Effizienz F (Fläche) / Leistung kwp 7,30 % [bez. auf akt. Zellenfläche] Effizienz F (Fläche) / Leistung kwp 10,12 % [bez. auf Modulfläche] Spezifischer Jahresertrag [kwh/a] / kwp 598 kwh / (kwp x a) [1. BA] [Fassade / Süd-West-Orientierung] Basisdaten B Fassade (Süd-Orientierung) PV-Typ / Polykristalline Solarzellen, EFG 100 x 100 mm Hersteller / Zellen ASE (heute RWE Solar) Hersteller / Module Staint-Gobain Glass Solar, Aachen Neigung der Module 90 Ausrichtung SSW (Süd -65 ) Abschattung nein Wirkungsgrad / Zellen (optimal) 14 % Wirkungsgrad / Zellen (praktisch) 13 % Abmessungen Standard-Modul 1,97 m x 1,43 m Anzahl der Module 45 Stück Abmessungen / PV-Zelle 100 x 100 mm 6 / B.2

21 TOBIAS GRAU / HAMBURG B.2 Zellenanzahl / Modul 204 Stück Abstand Zellen / Module 9 mm / 5 cm (Modulabstand) PV-Modulfläche (F) / Fassade S 128 m 2 (1,95 m x 1,40 m x 45) Aktive Zellenfläche (Fass.) 91,8 m 2 (0,1 x 0,1 m x 204 x 45) Farbe der Solarzellen dunkelblau / polykristalline Struktur Nennleistung (2. BA) 13,005 kwpeak Erzeugte Energie / Jahr ca kwh/a Effizienz F (Fläche) / Leistung kwp 7,06 % [bez. auf akt. Zellenfläche] Effizienz F (Fläche) / Leistung kwp 9,84 % [bez. auf Modulfläche] Spezifischer Jahresertrag [kwh/a] / kwp 598 kwh / (kwp x a) [2. BA] [Fassade / Süd-West-Orientierung] Basisdaten A+B Fassade (Süd-Orientierung) PV-Typ / Polykristalline Solarzellen, EFG 100 x 100 mm Hersteller / Zellen ASE (heute RWE Solar) Hersteller / Module Staint-Gobain Glass Solar, Aachen Neigung der Module 90 Ausrichtung SSW (Süd -65 ) Abschattung nein Wirkungsgrad / Zellen (optimal) 14 % Wirkungsgrad / Zellen (praktisch) 13 % Abmessungen Standard-Modul 1,97 x 1,43 m Anzahl der Module 63 Stück (Gesamt) Abmessungen / PV-Zelle 100 x 100 mm Zellenanzahl / Modul 204 Stück Abstand Zellen / Module 9 mm / 5 cm (Modulabstand) PV-Modulfläche (F) / Fassade 179 m 2 (Gesamt) Aktive Zellenfläche (Fass.) 129 m 2 (Gesamt) Farbe der Solarzellen dunkelblau / polykristalline Struktur Nennleistung (1.+2. BA) 18,05 kwpeak Erzeugte Energie / Jahr ca kwh/a Effizienz Leistung / Fläche 100 Wp/ m 2 Effizienz F (Fläche) / Leistung kwp 7,15 % [bez. auf akt. Zellenfläche] Effizienz F (Fläche) / Leistung kwp 9,92% [bez. auf Modulfläche] Spezifischer Jahresertrag [kwh/a] / kwp 598 kwh / (kwp x a) [Fassade / Süd-West-Orientierung] Modultyp PROSOL Typ A Abmessungen (BxH) k-wert Leistung Modulgewicht Belegung 1,433 x 1,970 mm (1. BA) 1,434 x 1,972 mm (1. BA) 1,5 W/m 2 K 280 Wp (1. BA) / 289 Wp (2. BA), +/- 10% STC ca. 115 kg 204 Zellen (pro Modul) B.2 / 7

22 B.2 GIPV-BEISPIELE in Europa Deutschland Zellenart Polykristallin, EFG Zelle Zellengröße 100 x 100 mm Zellenabstand: horizontal / vertikal 9 mm / 9 mm Stückzahl 18 Stück (1. BA) + 45 Stück (2. BA ) [3] Alternativ Ausrichtung Fassadenmodule SSW-Ausrichtung, ca. Süd -65 Erzeugte Energie / Jahr ca kwh/a 5) Kosten Kosten ca DM für komplette PV-Installation [ohne Module und Fassade] Photovoltaik Kosten pro m 2 : Euro (Angabe lt. Fassadenhersteller) ERGEBNISSE DER STUDIE Der Spezifische Jahresertrag der Anlage [598 kwh/(kwp x a)] liegt geringfügig über dem Durchschnitt der Vergleichsbeispiele für Fassadenintegrationen [553 kwh/(kwp x a)]. Es handelt sich um einen nördlichen Standort im Vergleich der restlichen Projket (Hamburg: 53,38 N) und um eine sehr große Abweichung von der idealen Ausrichtung (Süd -65 ). Ferner wurde die PV-Anlage im Winkel von 90 in die Fassade interiert (starr, nicht dem Sonnenstand nachgeführt) und es wurden Isolierglasmodule verwendet, die Verluste durch Erwärmung der Solarzellen und der Module aufweisen können und sich somit negativ auf die zu erzielenden Jahresenergieerträge auswirken können. Es treten jedoch keine feststellbaren Verschattungen der PV-Module durch Nachbargebäude oder Vegetation auf. Zum Vergleich des erzielten Wertes für die Performance Ratio [PR] (90%) zu den restlichten Projekten, siehe Kapitel 4 und 5, sowie die Graphik [PR] A in Kapitel 4. Der PR horiz -Wert ist in der Graphik [PR horiz ] A in Kapitel 4 dargestellt, sowie der Vergleich der beiden PR-Werte in der Überlagerungsgraphik. Zu den Erläuterungen der PR-Werte und deren Vorraussetzungen, siehe Kapitel 4. LITERATUR / TOBIAS GRAU Bücher Prospekt Staint-Gobain Glass Solar Prospekt Frener + Reifer, Brixen, Italien Gestalten mit Solarzellen, Susanne Rexroth Müller Verlag, 2002, S. 38 BIBLIOGRAPHIE 8 / B.2 [1] BRT Architekten, Projekt-Beschreibung, S. 1 [2] BRT Architekten, Projekt-Beschreibung, S. 2

23 TOBIAS GRAU / HAMBURG B.2 [3] Wennemuth Elektrotechnik, Informationsblätter ADRESSEN B.2 TOBIAS-GRAU-Gebäude, Hamburg Ferner & Reifer, Brixen Wennemuth Elektrotechnik, Hamburg BRT Architekten, Hamburg Bothe Richter Teherani Architekten Tobias Grau Firma, Hamburg B.2 / 9

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25 BP-PAVILLON / PORT TALBOT 48 70` N / B.3

26 B.3 GIPV-BEISPIELE in Europa England 2 / B.3

27 BP-PAVILLON / PORT TALBOT B.3 BP - PAVILLON Solar Showcase B3. PORT TALBOT, U.K ` N Dachintegration, 1998 Projekt Standort Solar Showcase, BP-Pavillon, BP Solar für G8 Gipfel-Treffen (Birmingham/1998) Port Talbot [in der Nähe von Birmingham], United Kingdom Architekten Arup Associates, Architekten und Ingenieure von Ove Arup Partnership Bauherr BP Solar, UK / Endkunde: Baglan Park Energy Park Gebäudetechnik Ove Arup Partnership, BP Solar Tragwerksplanung Ove Arup Partnership Anlagen-Nennleistung 15 KWp (insgesamt) Erzeugte Energie /Jahr kwh/a Ausführungsjahr Mai 1998 Gebäudedaten Konstruktionsfläche ca. 108 m 2 Gesamtkosten US$ (Kosten des Projektes) Gebäudenutzung Ausstellungs- und Konferenzgebäude Nutzung erstmals für G8-Gipfel in Birmingham Neu/Altbau Neubau Photovoltaik PV-Typologie Netz-Anschluß PV-Fläche 114,4 m 2 Zellentechnologie-Typ Hocheffiziente monokristalline Saturn-Technologie in Laminat-Ausführung (BP 585) Hersteller BP Solar Orientierung Temporäres Gebäude - variabel (Show-Room) Optischer Eindruck steht im Vordergrund Wirkungsgrad (Solarzellen) ca. 17% (Saturn-Technologie) Wirkungsgrad (Solarmodule) ca. 12% Projektnummer (BP) B 0010 Veröffentlichungen Abbildungen - Photon Sept, Oktober Präsentationsbroschüre BP Solar Ansichten / Projektfotos B.3 / 3

28 B.3 GIPV-BEISPIELE in Europa England 1) Beschreibung Allgemein Im März 1998 wurde das Projekt initiiert: Das britische Außenministerium lud die BP-Gruppe ein, auf dem G8-Gipfel in Birmingham britische Innovation zu demonstrieren. Daraufhin wurde die Tochter des Konzerns, BP Solar, aufgefordert, einen Ausstellungspavillon zu bauen. Das Unternehmen beauftragte die Photovoltaikingenieure des Büros Ove Arup & Partners, einen Prototyp zu entwerfen, der beispielhaft darstellen sollte, wie Photovoltaik-Module in ein energieeffizientes Design für private und kommerzielle Gebäude eingebunden werden können. [Präsentationsblatt/ BP-Solar, Solar Showcase, S. 1] Kurzbeschreibung Das `Solar Showcase ist eine gebogene Konstruktion von 9 m x 12 m und einer Höhe von 8,5 m, mit 176 integrierten Solarmodulen. Die Konstruktion erlaubt durch ihre Ausrichtung nach Süden eine optimale Nutzung der Einstrahlung und gleichzeitig eine Abschattung der Innenräume, wobei zwei Wärmerückgewinnungssysteme das Gebäude mit Wärme versorgen. Die erzeugte Energie liefert den Strom für Beleuchtung, Haustechnik und die allgemeine elektrische Versorgung. Der darüber hinaus produzierte Strom wird tagsüber in das öffentliche Netz eingespeist und wird nachts daraus versorgt, um Defizite auszugleichen. [Präsentationsblatt/ BP-Solar, Solar Showcase, S. 1] Es handelt sich um ein auf- und wieder abbaubares Gebäude, das zum o.g. Anlaß entworfen wurde und hauptsächlich einen Demonstrationsprospekt für Gebäudeintegration von Photovoltaik darstellt, (siehe unten, Zitat von BP). Warum Photovoltaik Zum Gesamtkonzept der Anlage, in der das Solar Showcase erstmals aufgebaut wurde: Der Baglan Bay Energy Park soll ein Zentrum für umweltfreundliche Energieerzeugung werden und nichts eignet sich besser, dem interessierten Besucher den Nutzen der Photovoltaik zu demonstrieren, als ein mit Solarstrom versorgtes Gebäude. Das Solar Showcase zeigt, wie moderne Methoden der Energieeinsparung bei Niedrigenergiehäusern oder Bürogebäuden angewandt werden können. (BP, 1998) [1] [Präsentationsblatt/ BP-Solar, Solar Showcase, S. 1] Die Konstruktion erlaubt durch ihre Ausrichtung nach Süden [in dem Falle der Aufstellung in Port Talbot, in der Nähe von Birmingham im Rahmen des G8- Gipfeltreffens, ansonsten ist die Aufstellungsorientierung variabel, entsprechend der Ortsgegebenheiten und -bedingungen] eine optimale Nutzung der (Sonnen-) Einstrahlung und gleichzeitig eine Abschattung der Innenräume, wobei zwei Wärmerückgewinnungssysteme das Gebäude mit Wärme versorgen [siehe Energiekonzept]. Die erzeugte Energie liefert den Strom für Beleuchtung, Haustechnik und die allgemeine elektrische Versorgung. Der darüber hinaus produzierte Strom wird tagsüber in das öffentliche Netz eingespeist und wird nachts daraus versorgt, um Defizite auszugleichen. [1] [Präsentationsblatt/ BP-Solar, Solar Showcase, S. 1] 4 / B.3

29 BP-PAVILLON / PORT TALBOT B.3 Besondere Herausforderung Das `Solar Showcase wurde in nur acht Wochen in enger Teamarbeit entwickelt und gebaut. Eine Kombination aus innovativem Gebäudedesign und verschiedenen energiesparenden Technologien trägt wesentlich zu dem Erfolg dieses Projektes bei. Ferner gibt es zusätzlich zu den Solarmodulen im `Solar Showcase Energiesparlampen, Wärmeschutzverglasung, Wärmedämmung unter den Fußböden sowie ökologisches Baumaterial. [1] [Präsentationsblatt/ BP-Solar, Solar Showcase, S. 1] 2) Gestalt `In acht Wochen von der Idee zum Bauwerk In Teamwork wurde seit Anfang April im Rekordtempo die Planung erarbeitet. Arup Associates, die Architekten und Ingenieure von Ove Arup Partnership, entwarfen zusammen mit den Fachingenieuren für Photovoltaik, Fassadenplanung, Akustik und Informationstechnologie zwei Grundkonzeptionen: einen idealen Ausstellungspavillon mit aufgeständerten Solarmodulen sowie einen zweiten Entwurf, bei dem die Sonne selbst die treibende Kraft war. Das Design ist von der Idee geleitet, zu jeder Jahreszeit möglichst viel Solarenergie zu gewinnen und einen nahezu konstanten Stromertrag zu liefern. Eine doppelt gekrümmte Fläche wäre dazu ideal gewesen. Angesichts des Zeitrahmens besann man sich jedoch, daß eine einfach gekrümmt und um 45 Grad nach Süden geneigte Fläche ebenfalls gute Erträge erzielt und sehr viel einfacher zu bauen ist. Man beschloß, dieses Konzept umzusetzen. Das große Süddach hält wie ein Sonnenschirm die Einstrahlung sowohl vom Innenraum als auch von den Seitenwänden fern, um Überhitzung zu vermeiden. Bereits in der zweiten Woche war die 3-D-Zeichnung fertig. [1] [Photon, Sept.-Oktober, 1998, S. 52] Konstruktion Die Konstruktion beruht im wesentlichen auf einem Holzleimbau, unterstützt nur von dünneren Stahlseilen. Die Gründe für die Wahl von Holz lagen nicht nur in dessen Umweltverträglichkeit, sondern vor allem darin, daß Brettschichtholz in ähnlich schlanken Profilen wie Stahl verbaut werden kann, aber sehr viel einfacher - auch noch vor Ort - zu bearbeiten ist. Ein Stahlbau erschien im knappen Zeitrahmen zu riskant, da kleine Anpassungen am Bau bei Stahl fast unmöglich sind. Low-Technology mit einem High-Tech-Resultat war das Ziel. In der dritten und vierten Woche wurden alle Holzteile gefertigt. Die Seitenwände bestehen aus einem Brettschichtholz-Rahmen, an dem die Isolierglasscheiben mit einem einfachen System aus aufgelegten Gummidichtungsprofilen und Schrauben befestigt werden. Die Dachkonstruktion wird aus drei gebogenen Holzleimbauträgern gebildet, die von stählernen Zugseilen unterspannt werden. Ebenso die Dachfläche und die Eingangsfassade wird von Stahlseilen stabilisiert. Die Dachhaut besteht im Inneren aus Holzplatten, einer Luftschicht zur Kühlung der Photovoltaik-Elemente, sowie zur Gewinnung von Abwärme. Für die Photovoltaikanlage wurden rahmenlose Standardmodule (Laminate) mit schlanken Aluminiumprofilen zur wasserdichten Dachhaut verbunden. In der fünften Woche begann bereits die Konstruktion. Acht verschiedene B.3 / 5

30 B.3 GIPV-BEISPIELE in Europa England Baufirmen arbeiteten jetzt bis zur Fertigstellung an sieben Tagen in der Woche in 12-Stunden-Schichten. Recycelte Bahnschwellen dienten als Fundamente. Das Holz der Seitenwände wurden jeweils in drei vorgefertigten Teilen angeliefert und auf der Baustelle mit Bolzen und Leim verbunden. Die Holzträger der Dachkonstruktion wurden aufgesetzt und die Stahlseile verspannt. [2] [Photon, Sept.-Oktober, 1998, S ] 3) Fakten / Projektdaten Lageplan und Diagramm der Sonneneinstrahlung Es ist kein Lageplan vorliegend - da es sich um ab- und wiederaufbaubares Gebäude handelt, an dem die Gebäudeintegration von Photovoltaik veranschaulicht werden soll. PORT TALBOT (UK) Breitengrad N (Nähe Birmingham) Meereshöhe keine Angaben Globalstrahlung / a ca. 910 kwh/m 2 a * Sonnenstunden keine Angaben Topographie Variabel, s.u. Verschattung: keine Verschattung durch Bäume oder Nachbargebäude / Dachintegration - temporäres Gebäude! Äußere Einflüsse keine Angaben Ausrichtung N-S Ausrichtung des Gebäudes (für Birmingham) / Photovoltaik ist südorientiert; der Pavillon ist wieder abbaubar, somit Änderung der Richtung möglich. Energiekonzept Die Photovoltaik ein Teil des weiteren Gesamtener giekonzeptes (s.u.) * Jährliche Globalstrahlung aus dem Meteonorm Programm (Version 4.0) in kwh/m 2 a [Einstrahlung auf die horizontale Fläche] Energiekonzept Das netzgekoppelte 15-kW-System ist dementsprechend ausgelegt, daß es den gesamten Strombedarf für elektrische Geräte, Ventilatoren und Beleuchtung deckt. Es sind jeweils acht Module sind in Reihe geschaltet und mit einem Stringwechselrichter verbunden. 22 dieser Strings sind parallel in Reihe geschaltet und werden bei 240 Volt auf drei Phasen des öffentlichen Stromnetzes geschaltet. Die Seitenwände bestehen aus einem Low-E-Glas mit niedrigem k-wert. Es wurden zwei Wärmegewinnungs- und Rückgewinnungssysteme installiert: Eines hiervon nutzt die Abwärme der Photovoltaik-Elemente und Wechselrichter. Die erwärmte Luft aus der Luftschicht zwischen PV-Paneel und Innenverkleidung wird mit einem Ventilator durch einen Luftschacht nach unten in eine Luftkammer in der Nähe des Eingangs geführt. Der Luftschacht wird aus der Fassadenverglasung außen und einer Kunststoff-Folie innen gebildet. Die erwärmte Luft wird von der Luftkammer aus entweder ins Gebäudeinnere oder nach außen geleitet. In der gleichen Art wird warme Luft aus der oberen Spitze des Innen- 6 / B.3

31 BP-PAVILLON / PORT TALBOT B.3 raumes abgesaugt und in einem zweiten Luftschacht nach unten geführt. Falls die warme Luft nicht sofort im Innenraum benötigt wird, führt man sie durch ein System unterhalb der Fußbodenkonstruktion. In einem Kiesbett sind dort Drainage-Rohre aus Ton verlegt. Die erwärmte Luft strömt hier hinein, verteilt sich durch die Öffnungen der Drainage und schließlich durch Wirbelstrom-Bodenauslässe im Raum. [3] Das angelegte Kiesbett dient zur Erhöhung der thermischen Masse des Gebäudes und tägliche und jahreszeitliche Temperaturschwankungen sollen durch dessen Speichermasse ausgeglichen werden. Das Verhältnis von gläsernen und massiven Fassadenteilen, sowie der Dämmwert der gesamten Hülle soll in diesem Entwurf der jeweiligen Nutzung, dem Ort und dem Klima entsprechend variiert und angepaßt werden. Insofern versteht sich der Pavillon als prototypische Entwicklung mit einem flexiblen Bausystem, das weitere Möglichkeiten zur Energieeinsparung oder Gewinnung in sich trägt. [Ein Regenwassernutzungssystem ist ebenfalls bereits im Energiekonzept integriert worden.] [3] [Photon, Sept.-Oktober, 1998, S. 53] 4) Zelle / Photovoltaik-Beschreibung Allgemein Erscheinungsbild: opak - Dachintegration Es handelt sich bei den gewählten Solarzellen um monokristalline, dunkelblaue Zellen, basierend auf der sogenannten Saturn-Technologie, entspricht dem Prinzip der buried contact Solarzelle (mit verborgenen / versenkten Kontakten zur Verminderung der Verschattungsverluste auf der Vorderseite der Zelle; nähere Details und Abbildungen siehe Anhang B). Die Module sind in einer Laminatausführung hergestellt (BP 585) und weisen eine opake Struktur auf, es ist somit kein Durchblick durch die Photovoltaikfläche möglich. Die Fläche eines Photovoltaikmoduls entspricht 0,65 m 2 mit einer Leistung pro Modul von 85 Wpeak. Insgesamt wurden 176 Module integriert, mit einer Gesamtleistung (Nennleistung) der Anlage von 15 kwp und einer durchschnittlich erzeugten Energie pro Jahr von kwh/a. Orientierung der PV: Süd Die leicht gewölbte Dachkonstruktion ist im 45 -Winkel geneigt, zur Optimierung der einfallenden Sonneneinstrahlung. Da es sich um ein temporäres, wieder abbaubares Gebäude handelt, kann die Orientierung entsprechend der Ortsgegebenheiten von dieser Optimalausrichtung nach Süden variieren. Die leicht gebogene Dachfläche entspricht, bei korrekter Aufstellung, dem täglichen Sonnenverlauf. Photovoltaik-Basisdaten DACH / SÜD-Ausrichtung PV-Typ / Hocheffiziente monokristalline Zellen / Saturn-Technologie Laminat-Ausführung (BP585) opake Struktur Hersteller BP Solar, UK B.3 / 7